本文格式為Word版，下載可任意編輯——風力發(fā)電對電網(wǎng)的影響風力發(fā)電對電網(wǎng)的影響

一、引言：

能源是推動社會進步和人類賴以生存的物質基礎。目前全球能源消耗的速度逐年增加，大量的能源消耗，以帶來好多的環(huán)境問題，如環(huán)境變暖、生態(tài)破壞、大氣污染等，并且傳統(tǒng)的化石能源儲量有限，過度的開采利用將加速其消耗力度，在我國由于長期發(fā)電結構不合理，火電所占的比例過大，由此帶來了日益嚴重的燃料資源的短缺和環(huán)境污染問題。對于可再生資源的開發(fā)和應用有著重大的前途。

在各種各樣的可再生自然資源中，風能有很大潛力，風能在發(fā)電的技術上日益成熟，商業(yè)化應用的提高，是最具有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生自然資源。經(jīng)濟方面，風力發(fā)電成本的不斷下降，同時常規(guī)能源發(fā)電由于環(huán)保要求的增高，隨著風力發(fā)電技術的成熟，風力發(fā)電的成本將有進一步降低。

當風電裝機容量占總電網(wǎng)容量的比例較大時對輸電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行都會帶來擊。大風天氣時風電出力增加，會造成嚴重的輸電瓶頸。此外，大規(guī)模風力發(fā)電對系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定都有著不同程度的影響。風力發(fā)電功率輸出的隨機波動很大且不可控，預計精度較差，這對發(fā)電運行計劃方式以及系統(tǒng)備用容量也都提出了新的要求。

二、風力發(fā)電機的類型

分析風電并網(wǎng)的影響，首先要考慮風力發(fā)電機類型的不同。同風電機組的工作原理、數(shù)學模型都不一致，因此分析方法也有所差異。目前國內風電機組的主要機型有3種，每種機型都有其特點。

2.1異步風力發(fā)電機

國內已運行風電場大部分機組是異步風電發(fā)電機。主要特點是結構簡單、運行可靠、價格低廉。這種發(fā)電機組為定速恒頻機沮，運行中轉速基本不變，風力發(fā)電機組運行在風能轉換最正確狀態(tài)下的幾率比較小，因而發(fā)電能力比新型機組低。同時運行中需要從電力系統(tǒng)中吸收無功功率。為滿足電網(wǎng)對風電場功率因數(shù)的要求，多采用在機端并聯(lián)補償電容器的方法，其補償策略是異步發(fā)電機配有若干組固定容量的電容器。

由于風速大小隨氣候環(huán)境變化，驅動發(fā)電機的風力機不可能經(jīng)常在額定風速下運行，為了充分利用低風速時的風能，增加全年的發(fā)電量，近年廣泛應用雙速異步發(fā)電機。這種雙速異步發(fā)電機可以改變極對數(shù)，有大、小電機2種運行方式。

2.2雙饋異步風力發(fā)電機

國內還有一些風電場選用雙饋異步風力發(fā)電機，大多來源于國外，價格較貴。這種機型稱為變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，其風力機可以變速運行，運行速度能在一個較寬的范圍內調理，使風機風能利用系數(shù)Cp得到優(yōu)化,獲得高的利用效率；可以實現(xiàn)發(fā)電機較平滑的電功率輸出；發(fā)電機本身不需要另外附加無功補償設備，可實現(xiàn)功率因數(shù)在一定范圍內的調理，例如功率因數(shù)從領先0.95調理到滯后0.95范圍內，因而具有調理無功功率出力的能力。

2.3直驅式交流永磁同步發(fā)電機

大型風力發(fā)電機組在實際運行中，齒輪箱是故障較高的部件。采用無齒輪箱結構能大大提高風電機組的可靠性，降低故障率，提高風電機組的壽命。目前國內有風電場使用了直驅式交流永磁同步發(fā)電機，運行時全部功率經(jīng)A-D-A變換，接入電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行。與其他機型比較，需考慮諧波治理問題。

三、風力發(fā)電并網(wǎng)方式

直接影響到風力發(fā)電機能否向電網(wǎng)輸送電能以及機組是否受到并網(wǎng)時沖擊電流影響。并網(wǎng)控制裝置有軟并網(wǎng)、降壓運行和整流逆變三種方式。

3.1軟并網(wǎng)：

現(xiàn)代的風電機組主要以軟并網(wǎng)的方式。即采用電力電子裝置在發(fā)電機轉軸同電力網(wǎng)頻之間建立一種柔性連接。在風電機組啟動時，控制系統(tǒng)對風速不休止地檢測。由于異步電動機在啟動時，其轉速小，切入電網(wǎng)時其轉差率較大。會產(chǎn)生相當于發(fā)電機額定電流的5—7倍的沖擊電流電流。此電流不僅會對電網(wǎng)造成很大的沖擊，而影響機組的使用壽命.建議風電機組啟動時，其轉速接近或達到同步轉速時切入電網(wǎng)。盡量避免沖擊電流對電力系統(tǒng)及風電機組本身造成損害。當前一般使用的方式是當電機轉速接近同步轉速時，與電網(wǎng)直接相連的雙向可控硅在門極觸發(fā)脈沖的控制下按0、15、30、45、60、75、90、120、150、180導通角逐步開啟，沖擊電流將并網(wǎng)限制在2倍電機額定電流以內?？煽毓柰耆珜ê螅D速超過同步轉速進入發(fā)電狀態(tài)，旁路接觸器將雙向可控硅短路，風電機組進入穩(wěn)態(tài)運行階段。

3.2降壓運行裝置：

軟并網(wǎng)裝置只是在風力發(fā)電機啟動時運行，而降壓裝置是始終運行的，控制方法也比較繁雜，該裝置在風速低于風力發(fā)電機啟動風速時將風力發(fā)電機與電網(wǎng)切斷，避免了風力發(fā)電機的電動狀態(tài)。

3.3整流逆變裝置：

整流逆變是一種較好的并網(wǎng)方式，它可以對無功功率進行控制，有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運行，缺點是造價高。隨著風電場規(guī)模的不斷擴大和大功率電力電子設備價格的降低，將來這種并網(wǎng)裝置可能會得到廣泛的應用。

四、風力發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響4.1電能的質量的影響

風資源的不確定性風電機組本身的運行特性是風電機組的輸出功率是波動的，可能影響電網(wǎng)的能質量，如電壓的偏差、電壓的波動和閃變、諧波以及周期電壓脈動等。電壓波動和閃變是風力發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的主要負面影響之一。電壓波動的危害表現(xiàn)在照明燈光的閃爍、電視機畫面質量下降、電動機轉速不均和影響電子儀器、計算機、自動控制設備的正常工作狀況等。影響風力發(fā)電產(chǎn)生波動和閃變的因素有好多：隨著風速的增大，風電機組產(chǎn)生的電壓波動和閃變也不斷增大。并網(wǎng)風電機組在啟動、中止和發(fā)電機切換過程中也產(chǎn)生電壓波動和閃變。風電機組公共連接點短路比越大，風電機組引起的電壓波動和閃變越小。另外風電機組中的風電機組中的電力電子控制裝置假使設計不當，將會向電網(wǎng)注入諧波電流，引起電壓波形發(fā)生不可接受的畸變，并可能引發(fā)由諧振帶來的潛在問題。異步電動機作為發(fā)電機運行時，沒有獨立的勵磁裝置，并網(wǎng)前發(fā)電機本身沒有電壓，因此并網(wǎng)是必然伴隨一個過渡過程，流過5—6倍額定電流的沖擊電流，一般經(jīng)過幾百毫安秒后轉入穩(wěn)態(tài)。風力發(fā)電機組與大電網(wǎng)并聯(lián)時，合閘瞬間的沖擊電流對發(fā)電機及電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行不會有太大的影響。但對小容量的電網(wǎng)而言，風電場并網(wǎng)瞬間將會造成電網(wǎng)電壓的大幅度下跌，從而影響接在同一個電網(wǎng)上的其它電氣設備的正運行，甚至會影響到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。

4.2諧波影響：

風電給系統(tǒng)帶來諧波的途徑主要有兩種：一種是風力發(fā)電機本身配備的電力電子裝置，可能帶來諧波問題。對于直接和電網(wǎng)相連的恒速風力發(fā)電機，軟啟動階段要通過整流和逆變裝置接入系統(tǒng)，假使電力電子的切換頻率恰好在產(chǎn)生諧波的范圍內，則會產(chǎn)生嚴重的諧波問題，隨著電力電子器件不段改進，這一問題也在逐步得到解決。另一種是風力發(fā)電機的并聯(lián)補償電容器可能和線路電路電抗發(fā)生諧振，在實際運行中，曾經(jīng)觀測到在風電場出口變壓器的低壓側產(chǎn)生大量諧波的現(xiàn)象。

4.3電壓穩(wěn)定性的影響：

大型風電場及其周邊地區(qū)，往往會有電壓波動大的狀況，主要有以下三種。風力發(fā)電機機組啟動時，依舊產(chǎn)生較大的沖擊電流。單臺風力發(fā)電機組并網(wǎng)對電網(wǎng)電壓的沖擊相對較小，但并網(wǎng)過程至少持續(xù)一段時間后（約幾十秒）才消失。多臺風力發(fā)電機組同時直接并網(wǎng)會造成電網(wǎng)電壓劇降，因此多臺風力發(fā)電機組的并網(wǎng)需分組進行且有一定的時間。當風速超過切出風速或發(fā)生故障時，風力發(fā)電機遇從額定出力狀態(tài)自動退出并網(wǎng)狀態(tài)，風力發(fā)電機組的脫網(wǎng)會導致電網(wǎng)電壓的突降，而機端較多的電容補償由于太高了脫網(wǎng)前風電場的運行電壓，引起了電網(wǎng)電壓的急劇下降。

五、保護裝置的調整：

為了減少風電機組的頻繁投切對接觸器的損害，在有風期間風電機組都保持與電網(wǎng)相連，當風速在啟動風速附近變化時，允許風電機組短時間電動機運行，所以風電機組與電網(wǎng)之間的聯(lián)絡線是雙向的，因此風電場的繼電保護裝置的配置和整定也應是雙向的。再有異步發(fā)電機發(fā)生近距離的短路故障時不能提供持續(xù)的短路故障電流，在不對稱故障時提供的短路電流也是十分有限的。即使是故障電流十分有限，但也會對影響電網(wǎng)電力系統(tǒng)的正常運行。

在風電場保護裝置與整定方面，目前尋常做法是依照終端變電站的方案進行配置和整定。主要依靠配電網(wǎng)的保護來切除網(wǎng)絡的故障，然后由孤島保護、低電壓保護等措施來逐臺切除風電機組，從而在故障期休止開風電場，以減小對電網(wǎng)的破壞。

六、結論：

風力發(fā)電作為一種綠色能源有著改善能